Общие сведения.
Рациональное освещение производственных помещений и рабочих мест является важным вопросом охраны труда. Неправильно организованное освещение повышает напряженность труда, приводит к зрительному и общему утомлению, снижает производительность труда и его качество. Длительная работа при неправильном освещении может привести к снижению остроты зрения и заболеваниям глаз.
Особое значение имеет освещение при работе операторов. Плохое освещение, помимо повышенного утомления, может привести к ошибочным действиям, создающим аварийные ситуации или нарушающим ход технологического процесса.
К основным факторам, определяющим высокое качество освещения, относятся достаточная и равномерно распределенная в помещении освещенность, постоянство освещенности во времени, - отсутствие слепимости и резких теней на освещаемых поверхностях.
Наименьшая освещенность рабочих поверхностей в производственных помещениях, обеспечивающая нормальную работу человека, устанавливается в зависимости от характеристик зрительной работы и регламентируется строительными нормами и правилами (СНиП II-4-79) [1]. К характеристикам зрительной работы относится, в частности, ее разряд, зависящий от размера наименьшего объекта различения, контраста объекта с фоном и вида фона. Таблица зависимости разряда работы и требуемых уровней освещенности от этих параметров приложена к стендам. Нормы составлены с учетом того, что основными источниками искусственного света на производстве являются газоразрядные лампы, однако допускается использование ламп накаливания. Следует обратить внимание, что оптимальная освещенность от газоразрядных ламп выше, чем от ламп накаливания. Это объясняется различием спектрального состава света ламп и особенностями его зрительного восприятия человеческим глазом. При одной и той же освещенности, равной оптимальной для лампы накаливания, освещенность от лампы дневного света кажется человеку недостаточной («сумеречный» эффект). Это учитывается в нормах. Значения освещенности указаны для двух систем искусственного освещения - общего и комбинированного, при котором к общему освещению добавляется местное.
Для зрительного восприятия человека основное значение имеет интенсивность светового воздействия на глаз. В качестве меры интенсивности принимается яркость воспринимаемого объекта.
Яркость L - отношение силы света ∆I, излучаемого элементом ∆Sсп светящейся или отражающей поверхности в данном направлении, к площади проекции этой поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению
,
где Sсп - площадь светящейся поверхности, α - угол между направлением на точку наблюдения и нормалью к светящейся поверхности. Единицей яркости является кандела на квадратный метр (кд/м2). Для измерения яркости используются яркомеры. Для диффузных поверхностей, у которых яркость одинакова во всех направлениях, ее можно найти по формуле
,
где E - освещенность, создаваемая. сторонним источником света; ρ - коэффициент отражения, определяемый как отношение отраженного поверхностью светового потока Фρ к падающему на нее потоку Ф,
.
Если ρ>0,4, то считается, что поверхность создает светлый фон; если 0,4≥ρ≥0,2 - средний фон; если ρ<0,2 - темный фон. Большое значение для зрительного восприятия имеет соотношение яркостей объекта различения Lоб и фона Lф, характеризуемое значением яркостного контраста К. Различают прямой контраст Кпр при Lоб<Lф и обратный Кобр при Lоб >Lф
; .
Если значение К>0,5, при нормировании употребляют термин «большой» контраст, если 0,5≥K≥0,2 - «средний», если К<0,2 - «малый».
Несмотря на то, что яркость является наиболее объективным параметром, характеризующим условия зрительной работы, нормирование освещения про изводится обычно по освещенности Е, которая проще измеряется и более тесно связана с источником света.
При освещении помещения газоразрядными лампами необходимо принимать меры для устранения вредного влияния на человека пульсаций светового потока ламп, питаемых переменным током. Эти пульсации обусловлены безынерционностью процесса электрического разряда и незначительным временем послесвечения люминофора лампы. У ламп накаливания пульсации светового потока обычно невелики из-за тепловой инерции нити накала.
Указания по расчету коэффициента пульсации.
Коэффициент пульсации освещенности Кп - критерий оценки относительной глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока, выражающийся формулой
,
где Emax и Emin- максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания в люксах; Еср - среднее значение освещенности за этот же период, люксы.
При использовании осветительных установок с газоразрядными источниками света, питаемыми переменным током, может возникнуть стробоскопический эффект. Этот эффект заключается в искажении зрительного восприятия вращающихся и циклически движущихся объектов в мелькающем свете, возникающем при совпадении или кратности частотных характеристик движения объектов и изменения светового потока во времени в осветительных установках. При этом вращающийся объект кажется неподвижным или вращающимся в обратном направлении. Искажение восприятия движущихся объектов приводит к увеличению напряженности труда и росту травматизма. При частоте питающей сети f=50 Гц основная частота пульсаций светового потока ламп F =2f= 100 Гц. Тогда стробоскопический эффект будет наблюдаться при скорости вращения диска n= 100 об/с. В случае, если вращающийся диск (или маховик) разделен на N одинаковых секторов, эффект наблюдается при nmin= = 100/N об/с. В лабораторном макете N=4, следовательно, nmin= 100/4=25 об/с = 1500 об/мин.
Для устранения стробоскопического эффекта применяют включение трех люминесцентных ламп в разные фазы трехфазной сети. При этом кривые, соответствующие изменению светового потока каждой из ламп во времени, оказываются сдвинутыми по отношению друг к другу на 1200, что практически устраняет пульсацию суммарного светового потока.
Кроме «естественных» пульсаций света с частотой, равной удвоенной частоте переменного тока, в промышленных сетях возможны низкочастотные пульсации с частотой единицы и даже доли герца, обусловленные колебаниями напряжения из-за непостоянных или сильно нелинейных потребителей, таких как мощные выпрямители, сварочные установки, дуговые печи. Эти пульсации также оказывают вредное влияние на человеческий организм.
Указания по расчету общей освещенности помещения.
Расчет общей освещенности (в люксах) производится по формуле
, (1)
где N - число светильников; п - число ламп в светильнике; S - площадь освещаемого помещения, м2; Z - коэффициент неравномерности освещенности, представляющий собой отношение средней освещенности к минимальной; обычно принимается равным 1,1-1,2; Кз- коэффициент запаса, учитывающий возможное загрязнение источников света; Фл - световой поток лампы; ηсп - коэффициент использования светового потока (проценты), который определяется исходя из индекса помещения φ, коэффициентов отражения потолка ρпот, стен ρс и пола ρп и типа светильников. Необходимые для расчета данные берутся из таблиц на стенде. Индекс φ определяется по формуле
,
где l - длина помещения, м; b - ширина помещения, м; hp - высота подвеса светильников над рабочей поверхностью, м.
Определение коэффициента пульсаций освещенности
Кп = (Еmax – Еmin)*100%/Eср
Для одной фазы: Кп = 14.3%
Для трех фаз: Кп = 8.3%
Коэффициент пульсации заметно уменьшается при подключении трех люминисцентных ламп в разные фазы трехфазной сети. При таком подключении кривые, соответствующие изменению светового потока каждой из ламп во времени, оказываются сдвинутыми по отношению друг к другу на 120º, что практически устраняет пульсацию суммарного светового потока.
Исследование общего освещения
Eест = 16 лк
Eсовм = 690 лк
Eобщ = 690 – 16 = 674 лк
Eрасч = = 418 лк
Вывод: Ерасч оказалось меньше Еобщ, следовательно освещенность в лаборатории достаточна для нормальной работы (работы, не приносящий вред здоровью человека).